Комплексная система оценки антиоксидантной активности полифункциональных элементоорганических соединений и комплексов биометаллов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.16, кандидат химических наук Орлова, София Ивановна

• Орлова, София Ивановна
• кандидат химических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат химических наук Орлова, София Ивановна

Введение

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Образование и функционирование активных метаболитов кислорода

1.2. Количественное определение содержания активных метаболитов кислорода

1.3. Антиоксидантная активность

1.4. Методы определения антиоксидантной активности

1.5. Сравнение методов оценки антиоксидантной активности

ГЛАВА 2. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

2.1. Синтетические эталонные антиоксид анты

2.2. 2,6-ди-/и/?т-бутилфенолы с гетероциклическими заместителями

2.3. 2- и 2,6-Изоборнилфенолы

2.4. Фосфорсодержащие элементоорганические соединения

2.5. Металлоорганические соединения на основе ферроцена

2.6. Комплексы металлов с дипиколиламином, содержащим 2,6-ди-/яре/я-бутилфенол

2.7. Нитронилнитроксильные радикалы и комплексы меди (И) на их основе

2.8. Комплексы редокс-неактивных металлов с радикальными лигандами

2.9. Комплексы сурьмы - ингибиторы липоксигеназы

2.10. Результаты сравнительного анализа активности с использованием сетевой структуры методов оценки

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 140 3.1. Материалы

3.2. Оборудование

3.3. Определение антирадикальной активности соединений с использованием ДФПГ-теста

3.4. Определение активности соединений в реакции переноса электрона с использованием CUPRAC-теста

3.5. Ферментативное генерирование супероксид анион-радикала 02'" в системе ксантин/ксантиноксидаза

3.6. Оценка способности соединений реагировать с гидроксильным радикалом, генерированном в реакции Габера-Вейса

3.7. Определение антиоксидантной активности по способности соединений взаимодействовать с Н2О

3.8. Оценка антиоксидантной активности соединений в процессе ингибирования неферментативного пероксидного окисления линолевой кислоты

3.9. Оценка антиоксидантной активности соединений в процессе ингибирования окисления олеиновой кислоты

3.10. Определение влияния соединений на активность фермента липоксигеназы

3.11. Определение типа ингибирования фермента липоксигеназы

3.12. Оценка антиоксидантной активности соединений в процессе ингибирования окислительной деструкции липосом

3.13. Оценка антиоксидантной активности соединений в процессе ингибирования in vitro ПОЛ

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Комплексная система оценки антиоксидантной активности полифункциональных элементоорганических соединений и комплексов биометаллов»

Одной из важных задач медицинской химии на пути создания лекарственных препаратов является отбор перспективных физиологически активных соединений с помощью системы первичного скрининга. На ранних этапах тестирования того или иного вида активности используют модельные реакции и процессы, либо in vitro биохимические системы, максимально приближенные к физиологическим условиям.

В последние годы резко возрос интерес к получению новых веществ, обладающих антиоксидантной активностью. Этот интерес во многом обусловлен массивом экспериментальных данных об участии окислительного стресса организма в патогенезе большого числа заболеваний (рак, диабет, нейродегенерация, ишемия и др.) В организме роль антиоксидантов выполняют низкомолекулярные соединения (а-токоферол, аксорбиновая кислота, глутатион) и ферменты (каталаза, супероксиддисмутаза), действующие по принципиально различным механизмам и на различные мишени.

При изучении антиоксидантной активности синтетических низкомолекулярных веществ - кандидатов лекарственных препаратов, как правило, выбирается один-два метода определения активности. Такой подход позволяет регистрировать активность в целом, но не дает полного представления о природе антиоксидантного действия конкретного вещества, которое определяется его реакционной способностью. Однако новые синтетические подходы, позволяющие конструировать политопные молекулы с различными реакционными центрами, требуют сочетания различных методов и различных принципов выявления антиоксидантного действия для оценки интегрального вклада каждого из возможных типов активности. Существенным многообразием реакционных маршрутов характеризуются полифункциональные соединения, содержащие в составе молекул атомы металла/элемента. Для таких веществ можно ожидать 4 проявления синергизма антиоксидантного действия за счет участия не только органической группы, но и вовлечения металла/элемента. Получены синтетические аналоги витамина Е, содержащие металл, или, так называемые, «каталитические антиоксиданты» - миметики супероксидцисмутазы, включающие Fe, Мп, Со. И, наконец, введение металла в фенольные миметики а-токоферола, как известно, приводит к стабилизации феноксильных радикалов, ответственных за механизм антиоксидантного действия, и предотвращает нежелательное образование вторичных хиноидных продуктов окисления, обладающих прооксидантным эффектом. В связи с этим возникает необходимость создания сетевой структуры методов оценки, в которой количественные характеристики антиоксидантной активности учитывают все особенности механизмов действия каждого тестируемого вещества.

Целью данной работы является разработка общего подхода для комплексной оценки антиоксидантной активности полифункциональных элементоорганических соединений и комплексов биогенных металлов.

В задачи работы входило: 1) рациональный подбор методов количественного определения антиоксидантной активности, основанных на модельных химических реакциях, с целью выявления основных маршрутов реакционной способности полифункциональных элементоорганических соединений и комплексов металлов; 2) изучение взаимного влияния антирадикального 2,6-диалкилфенольного фрагмента и редокс-активного металлосодержащего центра при оценке общей антиоксидантной активности полифункциональных соединений; 3) применение ряда in vitro методов с использованием в качестве тест-систем липосом, митохондрий и гомогенатов мозга крыс, а также фермента липоксигеназа с целью отбора перспективных кандидатов в ряду элементоорганических соединений и комплексов металлов - полифункциональных антиоксидантов, стабилизаторов мембран и нейропротекторов.

Заключение диссертации по теме «Химия и технология композиционных материалов», Орлова, София Ивановна

выводы

1. Предложен новый подход к разработке сетевой структуры методов оценки антиоксидантной активности полифункциональных элементоорганических соединений и комплексов биометаллов, основанный на принципе «механизм - метод».

2. С использованием предложенной комплексной системы тестирования показано, что введение в 2,6-ди-//гре/и-бутилфенолы элементоорганической группы (фосфонатные и фосфинатные), металлоорганического фрагмента (ферроцен) и металлосодержащего координационного узла (комплексы дипиколиламина) приводит к существенному возрастанию общей антиоксидантной активности по сравнению с известным органическим антиоксидантом ионолом.

3. В ряду ферроценов с 2,6-ди-/и/>е/и-бутилфенольным заместителем выявлен эффективный ингибитор пероксидного окисления липидов гомогенатов мозга крыс со значением ГС50 = 3,9 ц.М, что позволяет проводить на их основе поиск веществ нейропротекторного действия.

4. Обнаружены комплексы Мп с дипиколиламиновым лигандом, содержащим 2,6-ди-/и/>е///-бутилфенол, - высокоэффективные стабилизаторы однослойных липосом, состоящих из фосфатидилхолина и кардиолипина, представляющих интерес для создания систем доставки лекарственных препаратов.

5. При изучении фермента липоксигеназа (ЬОХ 1-В) и проведении молекулярного докинга найден новый ингибитор ЬОХ 1-В - комплекс Си с нитронилнитроксильными радикалами, значение 1С5о для которого составляет 20 (хМ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Орлова, София Ивановна, 2012 год

1. S.V. Avery. Molecular targets of oxidative stress. Biochem. J., 2011, 434, 201.

2. E. Cadenas and K.J. Davies. Mitochondrial free radical generation, oxidative stress, and aging. Free Radic. Biol. Med., 2000, 29(3-4), 222.

3. J.D. West and L.J. Marnett. Endogenous reactive intermediates as modulators of cell signaling and cell death. Chem. Res. Toxicol, 2006, 19(2), 173.

4. J. Ling and D. Soil. Severe oxidative stress induces protein mistranslation through impairment of an aminoacyl-tRNA synthetase editing site. Proc. Natl Acad, Sci. USA, 2010,107(9), 4028.

5. E. Novo and M. Parola. Redox mechanisms in hepatic chronic wound healing and fibrogenesis. Fibrogenesis & Tissue Repair, 2008,1(1), 5.

6. P. V. Vignais. The superoxide-generating NADPH oxidase: structural aspects and activation mechanism. Cell Mol Life Sci., 2002, 59(9), 1428.

7. B. Halliwell. The wanderings of a free radical. Free Radic. Biol Med., 2009, 46(5), 531.

8. V.J. Thannickal and B.L. Fanburg. Reactive oxygen species in cell signaling. Am. J. Physiol-Limg C., 2000, 279(6), L1005.

9. R.T. Kolamunne, M. Clare, and H.R. Griffiths. Mitochondrial superoxide anion radicals mediate induction of apoptosis in cardiac myoblasts exposed to chronic hypoxia Arch. Biochem. Biophys., 2011, 505(2), 256.

10. M. Genestra. Oxyl radicals, redox-sensitive signalling cascades and antioxidants. Cell Signal, 2007,19(9), 1807.

11. E.A. Veal, A.M. Day, and B.A. Morgan. Hydrogen peroxide sensing and signaling. Mol Cell, 2007, 26(1), 1.

12. S.E. Munns, J.K.C. Lui, and P.G. Arthur. Mitochondrial hydrogen peroxide production alters oxygen consumption in an oxygen-concentration-dependent manner. Free Radic. Biol Med., 2005, 38(12), 1594.

13. Functional Metabolism: Regulation and Adaptation. Ed. B.S. Kenneth. 2004, Wiley-Liss: New Jersey. 594.

14. G. Buonocore, S. Perrone, and M.L. Tataranno. Oxygen toxicity: chemistry and biology of reactive oxygen species. Semin. Fetal Neonatal Med., 2010, 15(4), 186.

15. S.I. Liochev and I. Fridovich. The Haber-Weiss cycle ~ 70 years later: an alternative view. Redox Rep., 2002, 7(1), 55.

16. J. Platenik, P. Stopka, M. Vejrazka, and S. Stipek. Quinolinic acid-iron(II) complexes: slow autoxidation, but enhanced hydroxyl radical production in the Fenton reaction. Free Radic. Res., 2001, 34(5), 445.

17. B.Z. Zhu, B. Kalyanaraman, and G.B. Jiang. Molecular mechanism for metal-independent production of hydroxyl radicals by hydrogen peroxide and halogenated quinones. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2007, 104(45), 17575.

18. S. De Minicis, R. Bataller, and D.A. Brenner. NADPH oxidase in the liver: defensive, offensive, or fibrogenic? Gastroenterology, 2006,131(1), 272.

19. S. De Minicis and D.A. Brenner. NOX in liver fibrosis. Arch. Biochem. Biophys., 2007, 462(2), 266.

20. P. Chiarugi and T. Fiaschi. Redox signalling in anchorage-dependent cell growth. Cell. Signal., 2007,19(4), 672.

21. W. Droge. Free radicals in the physiological control of cell function. Physiol Rev., 2002, 82(1), 47.

22. R.J. Soberman. The expanding network of redox signaling: new observations, complexities, and perspectives. J. Clin. Invest., 2003, 111(5), 571.

23. P. Chiarugi and P. Cirri. Redox regulation of protein tyrosine phosphatases during receptor tyrosine kinase signal transduction. Trends Biochem. Sci., 2003, 28(9), 509.

24. B. DAutreaux and M.B. Toledano. ROS as signalling molecules: mechanisms that generate specificity in ROS homeostasis. Nature Rev. Mol. Cell Biol., 2007, 8(10), 813.

25. C.A. Pritsos. Cellular distribution, metabolism and regulation of the xanthine oxidoreductase enzyme system. Chem. Biol. Interact., 2000,129(1-2), 195.

26. M. Rojkind, J.A. Dominguez-Rosales, N. Nieto, and P. Greenwel. Role of hydrogen peroxide and oxidative stress in healing responses. Cell Mol. Life Sci., 2002, 59(11), 1872.

27. II. Esterbauer, R.J. Schaur, and H. Zollner. Chemistry and biochemistry of 4-hydroxynonenal, malonaldehyde and related aldehydes. Free Radic. Biol. Med., 1991,11(1), 81.

28. G. Noctor and C.H. Foyer. Ascorbate and glutathione: Keeping active oxygen under control. Annu. Rev. Plant Phys., 1998, 49, 249.

29. Э.Д. Эллиот В., Биохимия и молекулярная биология, Москва: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2002, 446.

30. A. Gomes, E. Fernandes, and J.L. Lima. Fluorescence probes used for detection of reactive oxygen species. J. Biochem. Biophys. Meth., 2005, 65(2-3), 45.

31. K. Girard-Lalancette, A. Pichette, and J. Legault. Sensitive cell-based assay using DCFH oxidation for the determination of pro- and antioxidant34